바이오 컴퓨터
1. 컴퓨터 기술의 일종
'''Biocomputer'''. 생물의 뇌에서 행해지는 여러가지 고도의 정보처리 기능을 그대로 모사하여 작동하는 컴퓨터로, SF에서 강인공지능의 대표적인 수단 중 하나로 꼽힌다.
인공지능 발전에 낙관적이었던 1980년대~1990년대 시절에 많은 조명을 받은 기술 중 하나로 과학서적 등에도 많이 언급이 되곤 했고, 특히 당시 로봇과 인공지능이 유행하던 일본 SF 창작에도 영향을 끼쳐서 자주 작품 설정에 들어가곤 했다. 현실에서의 실용화를 향한 연구는 2000년대~2010년대를 기점으로 활성화된 상황이다.
1.1. 생체 부품을 사용하는 컴퓨터
협의적 의미의 '바이오 컴퓨터(Biocomputer)'는 바로 이것을 의미한다. 생물의 진짜 뇌를 전자기기에 부품으로 탑재시켜서 사용하거나 또는 단백질 소자 및 DNA 소자를 만들어 유기물 기반 연산소자로서 사용하는 방법으로, 불안정한 유기물에 기반하는 생체 부품을 필요로 하기 때문에 제조 및 유지나 제어 면에서 어려움이 있으나 무기물 기반 연산소자인 기존의 반도체 소자를 뛰어넘는 초고속의 정보처리를 실현할 수 있다.
이렇게 컴퓨터 소자에 뇌와 유사한 유기물 기반 생체회로를 적용하는 기술은 생명공학과 유전공학의 발전으로 인해 제창되었는데, 궁극적인 목표는 말 그대로 컴퓨터에 살아 있는 생체뇌를 달아주는 것이라 할 수 있다.
생물의 조직이나 세포 등의 생체 단백질 조직을 유기 연산소자로서 이용하는 ''''생체 컴퓨터(Organic Computer, Wetware Computer)''''나, 생물의 DNA를 유기 연산소자로 활용하는 ''''DNA 컴퓨터(DNA Computer)'''' 등이 이러한 협의적 의미의 바이오 컴퓨터에 속한다.
사람이 단순히 직업으로 계산원(인간 컴퓨터)을 하는 것은 바이오 컴퓨터에 포함되지 않는다. 자세한 것은 해당 문서를 참조. 물론 만화 파이브 스타 스토리의 파티마 같은 경우처럼 단순한 계산원이 아니라 아예 생체 컴퓨터 노릇을 하기 위해 만들어진 인공생명체인 경우는 여기서 예외다. 통 속의 뇌 또는 그와 유사한 클리셰가 적용되어 아예 사람이 컴퓨터의 부품으로 갈려나가거나 혹은 그 정도까지는 아니어도 어떤 식으로든 사람의 뇌를 뇌-컴퓨터 인터페이스 등의 기술을 활용해 컴퓨터에 연결시켜 연산소자로 사용하는 경우 역시 단순한 계산원이라곤 보기 어려우므로 예외로 간주된다.
1.1.1. 바이오칩, 바이오 소자
''''바이오칩(Biochip)''''이란 유리나 금, 실리콘, 고분자 등의 무기물 기반 물질소재에 DNA, 단백질, 펩타이드 등의 유기물 기반 생체소재를 붙여서 제작하는 칩이다. 유리나 실리콘, 고분자로는 기판을 담당하고, 단백질과 DNA는 연산자를 담당한다. 협의적 의미의 '바이오 컴퓨터'를 구현하기 위한 핵심 부품이며, 생명공학/유전공학/신경과학 분야의 최대 화두로 떠오르고 있다.
이론적으로 기존의 반도체 소자를 뛰어넘는 초고속의 정보처리를 실현할 수 있으나 불안정한 유기물에 기반하는 생체 부품을 사용할 필요가 있다는 점으로 인해서 제조 및 유지나 제어 면에서 어려움이 있다는 것이 약점이 된다. 때문에 순수하게 유기물 기반 생체소재만을 사용해서 부품을 만드는 것이 아니라, 상기한 약점의 극복을 위해서 무기물 기반 물질소재를 적절히 섞음으로서 기존의 반도체 소자와의 기술적 유사성을 추가하여 생산과 유지보수 및 제어를 보다 쉽게 하도록 시도하고 있다.
분류가 굉장히 복잡하니 자세한 것은 전문적인 논문을 찾아보는 것을 추천한다. 여기선 대략적으로만 설명한다.
- 먼저 기술 레벨에 따라서 Fabrication(설계 단계), Lab on a chip(생산 단계), Detection(신경 신호 감지) 등으로 나눈다. 여기서 더 추가되기도 하나, 일단 논문에 가장 흔하게 나오는 용어들은 위 세가지인 것 같다.
- Fabrication(설계)는 조합방식과 소재에 따라서 다시 여러가지로 나뉜다. 크게 "물질소재", "생체소재", "코팅소재", "조합방식"으로 이루어지며. 조합방식은 잉크젯, 핀, 포토틸로그래피, 어드레싱 등으로 나뉜다. 여기서 상술했듯이 물질 소재는 유리, 실리콘, 금, 고분자가 대표적이다. 그리고 생체소재는 DNA, 단백질, 펩타이드가 대표적이다. 코팅은 폴리머 매트릭스가 대표적이다. 이들을 어떻게 조합하냐에 따라 설계 종류가 나뉜다.
- Lab on a chip(생산)은 공정기술과 공정기기로 이루어진다. 공정기술은 플라스틱 머시닝과 실리콘 머시닝이 대표적이다. 공정기기는 그때그때마다 달라지는 것 같으니 설명하지 않겠다.
기존의 반도체 소자의 물리학적 한계를 극복하기 위한 다른 대안으로는 양자역학적 원리를 활용한 양자 컴퓨터가 연구되고 있는데(여담이지만 이쪽의 경우에도 현실에서의 실용화를 향한 연구는 2000년대~2010년대를 기점으로 활성화된 상황이다.), 양자 컴퓨터는 이론상 생체 부품을 사용하는 바이오 컴퓨터보다 성능상으론 오히려 우위이며 반도체 소자에 바탕을 둔 기존의 컴퓨터공학의 연장선상의 기술이기 때문에 상용화 시도도 보다 빨리 이루어지고 있다. 그러나 이러한 양자 컴퓨터는 기업이나 정부를 위한 슈퍼컴퓨터로서 주로 개발되고 있으며(상기한 상용화 시도도 주로 슈퍼컴퓨터로서의 상용화에 치중하고 있다.), 소형화나 경량화 등 실용성에 있어 중요한 요소들을 개선하기가 기술적으로 매우 어렵고 동작의 불안정성도 생각 이상으로 커서 개인용 컴퓨터로서는 그다지 발전이 없는 상태다. 그래서 본질적으로 살아 있는 컴퓨터와 다를 바 없는 동물의 뇌를 연구대상으로 삼아, 동물기계(?)를 인공적으로 만들고 통제하여 바이오 컴퓨터로서 활용하는 방법에 대해 연구하고 있는 것이다. 바이오 컴퓨터도 불안정한 유기물에 기반하는 생체 부품을 사용하기 때문에 동작의 불안정성이 크긴 하지만, 양자 컴퓨터에 비해서는 상대적으로 안정적인 기술이라고 평가된다.
고성능의 휴대가능한 뇌-컴퓨터 인터페이스를 구축하기 위해선 바이오 컴퓨터의 개발이 필수적이라고 한다.
1.1.2. 통 속의 뇌
생체 단백질이나 DNA를 이용한 유기 연산소자를 만들어 사용하는 방법 이외에도, 아예 생물의 뇌를 그대로 집어넣어서 만드는 시스템 역시 협의적 의미의 바이오 컴퓨터의 일종으로 분류된다.
1.2. 인공신경망과 뉴로모픽 컴퓨터
인공신경망과 뉴로모픽 컴퓨터는 기존의 반도체 기반 컴퓨터를 기반으로 인간의 뇌의 정보처리를 모사하여 인간의 뇌를 복제하는 기술이다. 일단 이론상으론 기존의 반도체 기반 컴퓨터의 연장선상의 존재인 양자 컴퓨터를 기반으로 할 수도 있다. 이들 중에서도 인공신경망 기술은 인공지능 기술 및 기계학습 기술의 중핵을 이루는 기술로서 실용화가 진척되고 있다. 2000년대~2010년대에 들어와서 인공지능의 구현을 위한 핵심 기술로 떠오르고 있는데, 구글 딥마인드의 DQN 및 알파고가 이 기술을 대표하는 실용화 사례로 꼽힌다.
이 경우 광의적 의미의 바이오 컴퓨터이긴 해도 생체 부품을 사용하지 않는 관계로 협의적 의미의 바이오 컴퓨터에는 해당되지 않기 때문에 오해를 살 수도 있는 중의적인 명칭인 '바이오 컴퓨터(Biocomputer)'라는 명칭은 쓰지 않으며, ''''뉴로 컴퓨터(Neurocomputer)'''' 등의 다른 명칭으로 호칭한다.
제조 및 유지나 제어 면에서 어려움이 있는 불안정한 유기물 기반 생체 부품을 사용할 필요가 없고 기존의 반도체 소자를 이용하는 컴퓨터에 그대로 적용되는 기술이기에 실용성과 범용성이 높으며, 기존의 컴퓨터공학의 연장선에 있는 기술 개념이니만큼 향후에는 양자 컴퓨터와 같은 다른 기술과의 접목도 전망할 수 있기에 앞으로의 잠재성 역시 높다.[1] 하지만 기존의 반도체 소자를 기반으로 하고 있다는 점이 역으로 기술적인 한계로 작용하고 있기도 하다. 상기한 대로 기존의 반도체 소자가 지닌 물리학적인 한계는 이미 자명한 상황이기 때문에, 기존의 반도체 소자의 물리학적 한계를 극복할 수 있는 수단인 양자 컴퓨터 등과의 접목이 없이는 기술적인 한계의 극복이 어려운 형편이다.
딥 러닝(Deep Learning) 알고리즘 등의 기계학습 알고리즘을 활용하여 뇌의 신경구조를 본뜬 '소프트웨어'로 인간의 뇌의 신경망을 복제하는 기술은 ''''인공신경망(Artificial Neural Network)''''이라 부르고, 이와 반대로 뇌의 신경구조를 본뜬 '하드웨어'로 인간의 뇌의 신경망을 복제하는 기술은 ''''뉴로모픽 컴퓨터(Neuromorphic Computer)''''라 부른다. 둘 다 개별 문서가 있으니 자세한 사항은 개별 문서에서 설명한다.
2. 기동전사 건담 F91의 바이오 컴퓨터
기동전사 건담 F91에서 건담 F91에 탑재된 고성능 컴퓨터로 개발자는 본작의 주인공 시북 아노의 어머니 모니카 아노.
본래는 무기의 탑재를 전제로 한 기술이 아닌, 파일럿에 부담을주지 않는 사이코뮤 디바이스로 개발되었다. 조종자의 뇌파에 감응하는 것과 함께 외부의 정보를 받아들여, 파일럿의 뇌에 직접전달, 반영하는 기능을 가지고 있다. 다시말해, 우주세기 최초로 등장한 올드 타입도 사용 가능한 사이코뮤 시스템이다. 다만 비트계 병기 조작보다는 MS 본체의 조작에 사용되는 타입인듯 하다. 그리고 리미터의 해제를 판단하는 기능도 존재해, 현재 파일럿이 최대성능을 내기에 적합다고 판단할 경우 컴퓨터 내부에 숨겨진 리미터가 해제, 얼굴의 페이스가 오픈되어 최대 가동 모드로 들어간다.[2]
극중 초반에는 바이오 컴퓨터 기동 문제로 골치를 썩혔지만, 리즈 아노가 알려준 실뜨기[3]가 힌트가 되어 비로소 첫 기동에 성공하게 된다.
기동전사 크로스본 건담에서의 묘사나 언급은 좀 다른데, 사이코뮤라기보다는 그냥 고성능 연산 시스템으로서 묘사하는 것에 가깝다. 따라서 크로스본 건담 만화만 보면 F91에서 드러난 사이코뮤로서의 성격은 알기 힘들다. 게다가 기동전사 크로스본 건담 DUST에 나온 X13의 설정을 보면 사나리가 애너하임보다 사이코뮤 기술이 떨어진다는 식으로 언급하는데, 원작의 바이오 컴퓨터 설정을 생각해보면 코웃음만 나올 설정 오류. 애초에 이 작품 이전에는 사나리의 사이코뮤 기술이 딱히 애너하임보다 뒤떨어진다는 설정은 나오지도 않았다. 하세가와 유이치가 뭔가 잘못 이해하고 있을 가능성이 높다.
F91 소설판과 프리퀄 코믹스 설정으로는 모니카와 카롯조 로나가 바이오 컴퓨터 연구를 공동으로 진행했었다고 나온다. 카롯조가 MA 라플레시아의 네오 사이코뮤를 개발할 때 응용한 기술이 카롯조식의 바이오 컴퓨터 기술과 이론이다.
소설판의 존재하는 모니카의 언급에 따르면, "사이코뮤는 파일럿의 뇌세포에 악영향을 주기 때문에, 그 해결책으로 바이오 컴퓨터를 개발했다."
다만 이건 F91 MSV 설정과는 좀 어긋나는 구석이 있다. 설정상 비기나 시리즈의 MS들 중에는 애너하임을 통해 얻은 F91의 데이터를 사용한 모방기들이 있기 때문이다. 카롯조가 바이오 컴퓨터 연구자였다면, 왜 이 기종들에는 바이오 컴퓨터가 탑재되지 않았는가?
작품 내적으로 끼워맞춰 보자면, 바이오 컴퓨터 탑재기는 당시 기준으로는 선구자격인 사나리조차도 시험 제작품만 겨우 만들 수 있을 정도로 어려운 물건이었다. F91의 양산기가 목성 제국 전쟁 시점에서야 나왔다는 걸 생각해보자. F91 시점에서 사나리와 라이벌이라고 할 수 있을 정도의 기술력을 가진 붓흐 콘체른이 바이오 컴퓨터 실용화에 사나리보다 뒤쳐진 것은 그리 이상한 일은 아닐 수 있다. 사나리조차도 실험품만 겨우 만든 시점이었으니. 아니면 그냥 카롯조보다 모니카의 연구가 더 우수했거나.
작품 외적으로 보면 당시 MSV 설정 담당자들이 이 설정을 미처 모르고 지나가서 오류가 생긴 것일 수도 있다. 혹은 MSV, 외전 기체들이 개발된 작품 내 시점은 대부분 아직 크로스본 뱅가드의 바이오 컴퓨터 탑재기가 나오기에는 너무 이른 개전 직전 혹은 초반이므로 그에 맞춘 탓일 수도 있다. 만약 후속작 F92가 만들어졌다면 크로스본의 바이오 컴퓨터 탑재기들도 나왔을지도 모른다.
게임판 MA인 에비루 도가에는 바이오 컴퓨터 탑재 설정이 있는데, 소설판 반영일지도?
3. 신세기 GPX 사이버 포뮬러의 바이오 컴퓨터
신세기 GPX 사이버 포뮬러에 등장하는 컴퓨터. 유기체, 즉, 생체 부품을 사용한 컴퓨터라는 설정으로 당연히 기본은 1에 해당한다. 여담으로 2의 바이오 컴퓨터와는 효과가 정반대다. [4]
아스라다의 개발 도중에 카자미 히로유키 밑에서 일하고 있던 나구모 마사키가 아스라다의 네비게이션 시스템으로 도입하자고 주장한 컴퓨터다.
아스라다나 크로이츠 슈틸 등의 '일반적인' 사이버 머신들이 사용하는 기존의 발전 계통 네비게이션 시스템[5]과는 반대로 유기물을 매개로 한 컴퓨터라고 하는데, 나구모 쿄시로가 이 바이오 컴퓨터를 탑재한 머신은 궁극의 완성형으로 그 머신의 모든 것을 발휘할 수 있다고 표현한 것을 보면 여타의 네비게이션 시스템은 물론 아스라다의 근본을 이루는 학습형 뉴로 컴퓨터와도 차원을 달리하는 연산 능력을 지닌 것으로 보인다.
문제는 그것이 너무도 고차원이었던 나머지, 인간이 이에 기반한 흐름을 따르지 못한다는 것. 실제로 이 바이오 컴퓨터를 탑재한 오거를 제어할 수 있었던 게 지각의 한계라고 할 수 있는 제로의 영역에 도달한 블리드 카가 정도였다. 카자미 히로유키가 나구모 마사키의 주장을 받아들이지 않았던 것도 이 문제를 예견하고 있었기 때문.
대충 예시를 들자면 이렇다. 오거 항목에도 예시로 적혀있지만, 가령 A/B/C 코스가 있다고 가정하면 하야토가 A나 C로 가려고 한다면 아스라다는 카자미 하야토가 가려는 A나 C 코스에 맞춰서 세팅을 하는데 비해서 오거는 카가가 A나 C로 가려고 해도 오거는 자신이 판단했을 때, B 코스가 더 좋다고 판단하여 B에 맞춰버리다보니 드라이버와 머신의 흐름이 맞지 않아서 어긋나는 사태가 발생하는 것이다.[6]
작중에 등장한 바이오 컴퓨터 탑재형 머신은 오리지널인 오거와 그 오거의 열화판인 알자드인데, 이 2기는 결국 이 문제로 인해서 엇나간 머신이 되고 만다.
오리지널인 오거는 평범한 인간이 타낼 수 없는 괴물이라서 전술한 흐름이 어울리지 않는 사태 때문에 테스트 드라이버가 2명이나 사망했고 이 때문에 최초로 바이오 컴퓨터를 개발했던 나구모 마사키는 이 일로 인해서 자살을 하게 되었다. 거기에 하야토와 더불어 제로의 영역을 사용할 수 있는 카가만이 간신히 오거를 제어했는데, 그 조차도 상당히 힘들어했고, SIN에서 몇 번 사고를 당해서 리타이어를 하기도 했다.
필 프리츠의 완전판 알자드는 어떻게든 인간을 바이오 컴퓨터에 맞추기 위해서 아예 필에게 억지로 도핑을 시킨 상태로 바이오 컴퓨터가 인간을 조종하는 시스템이 되었고, 거기에 필 자신도 복용한 약물의 부작용으로 갈수록 몸이 망가지는 사태가 발생하고 만다. 이 때문에 카가에게 지급되었던 알자드는 아예 바이오 컴퓨터가 빠진 열화판을 주었고, SIN에서 오거를 이용한 카가가 우승한 이후에 다시 채용된 개량형 알자드 역시 바이오 컴퓨터가 빠졌다.
만약 TV판의 스미스가 이 컴퓨터의 존재에 대해 알았다면 어땠을지 궁금하기도 한데 단점을 생각하자면 적어도 TV판 시점에서는 바이오 컴퓨터를 사용한 무기는 뉴타입 수준의 파일럿이 아니면 사용할 수 없는 무기가 되어버릴테니 설사 알아냈다고 해도 일단은 아스라다와 뉴로 컴퓨터에 집중하는게 정상이었을 것이다.
사족으로 오거의 콕핏 내부 카메라 유닛은 생명체를 살짝 연상시키는 모양새이며, 알자드의 외부 센서 터릿은 알자드의 설정을 상징하듯 악마적인 모양새다.
[1] 실제로 영국의 옥스포드 대학교에서는 양자 컴퓨터에 기계학습 기술을 접목시키기 위한 학습 알고리즘의 개발을 시도하고 있기도 하다.[2] 이 상태에서는 기존의 MS와는 비교도 할수 없는 대단한 운동성능을 보여주며, 이 때 오버히트의 문제 때문에 오픈된 페이스와 전개된 방열핀에서 기체를 냉각시키게 된다.[3] 어머니인 모니카 아노와 자주 실뜨기 놀이를 했다고 한다.[4] 애초에 해당 감독이 건덕후 성향을 가진 점을 생각해보자.[5] 이것들은 설정상 '인공신경망(Artificial Neural Network)'이나 '뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing)'을 기반으로 한 '뉴로 컴퓨터(Neurocomputer)'라는 설정이다.[6] 그래서 SAGA에서 도핑과 바이오 컴퓨터에 의해서 드라이버가 완전히 제어되어 초반 한정이지만 안정적으로 운행하였던 필의 완전판 알자드와는 달리, SIN 2화에서 오거를 나구모 쿄시로에게서 처음 받아서 연습을 해보던 카가의 경우, 오거와 완전히 흐름이 어울리지 않았던 탓에 주행 과정이 완전히 엉망진창이었고, 거기에 아오이 쿄코와 다른 스탭들까지 들이받을 뻔했다.